Les réactions d'oxydoréduction ou redox sont un échange d'électrons d'un réactif à un autre. Si tu as déjà étudié l'électricité, tu sais qu'un courant








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date de publication21.04.2017
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Les piles
Les réactions d'oxydoréduction ou redox sont un échange d'électrons d'un réactif à un autre. Si tu as déjà étudié l'électricité, tu sais qu'un courant électrique est un flux d'électrons dans un circuit. Nous allons maintenant étudier ces deux concepts dans ce que l'on appelle l'électrochimie.

 

L'électrochimie est l'étude des processus de conversion de l'énergie électrique en énergie chimique.

 



  • La pile galvanique

 

La pile voltaïque ou pile galvanique est une pile qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique.

galvanique

 

Le principe de cette pile est que les réactifs n'entrent pas en contact direct l'un avec l'autre. Ils sont dans deux contenants séparés. Les électrons circulent d'un réactif à l'autre grâce à un circuit extérieur, c'est-à-dire que le flux d'électrons passe à l'extérieur de chaque contenant à réaction à l'aide du pont salin. Le flux d'électrons qui passe par le circuit extérieur est appelé courant électrique. On mesure le courant à l'aide d'un appareil comme un voltmètre ou un galvanomètre.



  • La pile Daniell


La pile Daniell est un exemple de pile galvanique. Cette pile est constituée d'un récipient séparé par une membrane poreuse. L'échange des électrons se fait à travers cette membrane et produit un courant électrique.

daniell
Animation sur la pile Daniell : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/pile.swf

 



  • Terminologie utilisée pour les piles

 
 pile

Une pile est constituée de deux électrodes. Les électrodes sont faites de métaux qui jouent le rôle de conducteurs électriques. Ces électrodes sont inertes car elles ne font pas partie des réactifs ou des produits de la réaction de la pile.

 

L'électrode négative est appelée anode. La réaction qui se produit à cette électrode est l'oxydation.

 

L'électrode positive est appelée cathode. La réaction qui se produit à cette électrode est la réduction.

 

** Un truc pour se rappeler quelle réaction a lieu à chaque électrode est d'utiliser le mot RED CAT (pour réduction à la cathode). Automatiquement lorsqu'on en connaît un, on en déduit que l'autre électrode est l'oxydation...

 

Le pont salin contient une solution électrolytique (comme du nitrate de potassium ou un autre sel) qui n'intervient pas dans la réaction. On bouche les extrémités du pont salin avec de la laine de verre pour empêcher la solution électrolytique de couler dans les vases à réaction. La laine de verre permet aux ions de se déplacer d'une solution à l'autre afin de conserver la neutralité électrique.

 

Dans certaines piles, on utilise une membrane poreuse au lieu du pont salin. La membrane poreuse a pour rôle de séparer les deux solutions de la pile.

 

Chaque solution est appelée demi-pile ou demi-cellule.

 

Le potentiel électrique d'une pile (symbole E) est la différence entre l'énergie potentielle à l'anode et l'énergie potentielle à la cathode. On mesure la différence de potentiel d'une pile à l'aide d'un appareil appelé voltmètre. Le potentiel d'une pile s'exprime en volt (symbole V). Nous allons voir plus loin dans l'unité comment calculer le potentiel standard d'une pile à l'aide d'un tableau de données.

 

Lorsque le potentiel d'une pile est de 0V, cela signifie qu'il n'y a aucun courant électrique qui circule dans la pile. La pile n'a pas de potentiel électrique.

 

Dans une pile galvanique, la réaction est spontanée.


  • Déplacement des électrons dans la pile


Le type de pile que nous étudions dans cette partie fait appel à un circuit extérieur à cause de l'utilisation du pont salin. Dans le circuit extérieur, les électrons se déplacent de la demi-pile où se produit l'oxydation vers celle où se produit la réduction. Le sens du courant est de l'anode vers la cathode.

 

Va voir la petite animation sur le mouvement des électrons dans une pile Daniell.

http://www2.cegep-st-laurent.qc.ca/depar/chimie/piles.htm

 

Voici une autre animation Flash d'une pile galvanique sur le site suivant: http://www.ping.be/at_home/pileflash.htm

Déplacement du courant (en électricité)
Par convention, il a été établi que le courant se déplace dans le sens contraire des électrons. Dans le circuit extérieur, le courant circule conventionnellement de la borne positive vers la borne négative. Nous ne nous attarderont pas plus sur le déplacement du courant parce que ce n'est pas ce qui nous intéresse dans cette unité.


  • Les piles jetables

 

Dans la section précédente, nous avons étudié la pile galvanique et la pile Daniell. Ces piles ont été très utiles et le sont toujours pour certaines applications mais l'inconvénient est qu'elles sont assez grosses et pas très portables. On a modifié ces piles afin de les rendre plus petites, plus facilement manipulables et plus facilement transportables.


  • La pile sèche

seche

La pile sèche est une pile galvanique dont on a solidifié l'électrolyte avec de l'amidon pour former une pâte humide. Elle contient une anode de zinc (qui est l'emballage extérieur de la pile) et une cathode de graphite. L'avantage de cette pile est quelle est facilement transportable et n'est pas dispendieuse à l'achat.

Une pile sèche cesse de produire de l'électricité lorsque les réactifs sont consommés. On ne peut pas la réutiliser. Elle doit donc être jetée lorsqu'elle ne fonctionne plus.

 


  • La pile alcaline


 alcaline

La pile alcaline est une version améliorée de la pile sèche. Elle est plus dispendieuse à l'achat. Par contre elle est beaucoup plus durable. On remplace la pâte humide de la pile sèche par un composé très basique (ou alcalin) d'où son nom pile alcaline. Le composé utilisé est à base d'hydroxyde de potassium (KOH) qui est une base forte.

 

  • La pile bouton

 

Ce type de pile est beaucoup plus petit que la pile alcaline. On les utilise dans les montres, les aides auditives, les stimulateurs cardiaques, certains appareils photographiques et certaines calculatrices.
La particularité de cette pile est sa grosseur qui est très petite et qui peut fournir une tension semblable aux piles alcalines de 1,5V. L'anode de ces piles est constituée de zinc et la cathode est en acier inoxydable. Il existe deux types courants de piles boutons. La première est au mercure, elle est constituée d'un électrolyte alcalin en pâte d'oxyde de mercure (HgO) tandis que la deuxième est une pile bouton à l'argent qui utilise un électrolyte en pâte contenant de l'oxyde d'argent.

 

L'avènement des piles boutons a permis de miniaturiser plusieurs appareils qui sont maintenant accessibles à tous.

 


  • Distinction entre le terme pile et batterie

Nous utilisons souvent à tort le terme batterie lorsque l'on veut parler de piles. Le terme batterie signifie un ensemble de piles galvaniques branchées en série.
La tension totale d'un ensemble de piles branchées en série est la somme de la tension de chaque pile. Une batterie de 6V contient 4 piles sèches de 1,5V branchées en série.

 

Une pile jetable est appelée une pile primaire tandis qu'une batterie qui est rechargeable est appelée une pile secondaire.

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